Os amplificadores de classe A são amplamente usados devido à sua linearidade e simplicidade de projeto. Quando configurados com polarização por divisor de tensão, eles oferecem estabilidade e um ponto de operação previsível. Um dos parâmetros mais importantes para garantir o correto acoplamento de um amplificador é a impedância de entrada \((Z_{\text{in}})\), que determina como o sinal de entrada interage com o circuito amplificador. Neste artigo, vamos entender como calcular a impedância de entrada de um amplificador Classe A com polarização por divisor de tensão, usando um exemplo prático.
O Circuito Amplificador e a Polarização por Divisor de Tensão
O amplificador de Classe A utiliza um transistor bipolar de junção (BJT) polarizado para operar em sua região ativa, o que permite a amplificação linear dos sinais de entrada. A polarização por divisor de tensão é uma técnica muito comum e eficiente para garantir uma polarização estável do transistor. Neste tipo de polarização, dois resistores \((R_1) e (R_2)\) são conectados entre a alimentação e a base do transistor, formando um divisor de tensão que estabelece o ponto de operação (quiescente).
A estabilidade do ponto de operação depende da correta escolha dos valores de \(R_1\), \(R_2\), e do resistor de emissor \((R_E)\). Além disso, o circuito deve ser analisado para calcular a impedância de entrada efetiva, levando em consideração a resistência dinâmica do transistor e o impacto da realimentação no emissor.
Cálculo da Impedância de Entrada
Para calcular a impedância de entrada de um amplificador polarizado por divisor de tensão, utilizamos o modelo de pequenos sinais do transistor. Esse modelo simplifica a análise ao considerar as variações de sinal AC em torno do ponto de operação. A impedância de entrada é dada pela combinação dos resistores \(R_1\), \(R_2\) e da resistência equivalente vista na base do transistor.
A fórmula geral para \(Z_{\text{in}}\) é:
\[
Z_{\text{in}} = \left(R_1 \parallel R_2 \parallel \left(\beta \times (R_E \parallel r_e)\right)\right)
\]
Onde:
- \(R_1\) e \(R_2\) são os resistores do divisor de tensão.
- \(\beta\) é o ganho de corrente do transistor.
- \(R_E\) é o resistor de emissor.
- \(r_e\) é a resistência dinâmica do emissor, calculada como \(r_e = \frac{V_T}{I_E}\), com \(V_T\) sendo a tensão térmica (~26 mV a 25°C) e \(I_E\) a corrente do emissor.
Exemplo de Cálculo
Vamos considerar um exemplo com os seguintes valores:
- \(R_1 = 68 \, k\Omega\)
- \(R_2 = 10 \, k\Omega\)
- \(R_E = 1 \, k\Omega\)
- \(\beta = 100\)
- \(I_E = 2 \, mA\)
- Cálculo da resistência dinâmica do emissor:
\[
r_e = \frac{V_T}{I_E} = \frac{26 \, mV}{2 \, mA} = 13 \, \Omega
\]
- Cálculo da resistência vista na base do transistor:
\[
r_{\text{entrada}} = \beta \times (R_E \parallel r_e) = 100 \times \left(1000 \parallel 13\right) = 100 \times 12,87 \, \Omega = 1,287 \, k\Omega
\]
- Cálculo final da impedância de entrada:
\[
Z_{\text{in}} = \left(R_1 \parallel R_2 \parallel r_{\text{entrada}}\right) = \left(68 \, k\Omega \parallel 10 \, k\Omega \parallel 1,287 \, k\Omega\right)
\]
Resolvendo as resistências em paralelo:
\[
Z_{\text{in}} \approx 1,25 \, k\Omega
\]
Considerações sobre o Resistor de Emissor
A presença de um resistor no emissor (R_E) tem um impacto significativo na impedância de entrada. Quando esse resistor não é contornado por um capacitor de bypass, ele contribui diretamente para aumentar (Z_{\text{in}}), pois faz parte do caminho de realimentação negativa. No entanto, se um capacitor de bypass for utilizado, o efeito de (R_E) em pequenos sinais é eliminado, o que reduz a impedância de entrada.
Conclusão
O cálculo da impedância de entrada de um amplificador Classe A com polarização por divisor de tensão é um processo que combina tanto os componentes externos do circuito (como o divisor de tensão) quanto as propriedades intrínsecas do transistor, como a resistência dinâmica e o ganho de corrente. Compreender como esses elementos interagem é essencial para garantir o desempenho adequado do amplificador, otimizando o acoplamento de sinais e a estabilidade do ponto de operação.
Referências
- Self, Douglas. Audio Power Amplifier Design, 6ª edição. Routledge, 2020.
- Hayt, William H. Análise de Circuitos em Engenharia, 8ª edição. McGraw-Hill, 2012.
- Boylestad, Robert L. Introdução à Análise de Circuitos, 12ª edição. Pearson, 2016.
- Boylestad, Robert L., Nashelsky, Louis. Dispositivos Eletrônicos e Teoria de Circuitos, 10ª edição. Pearson, 2014.
- Cordell, Bob. Designing Audio Power Amplifiers, 2ª edição. McGraw-Hill, 2011.
- Malvino, Albert P. Eletrônica – Volume 1 e 2, 8ª edição. AMGH Editora, 2015.
- Schuler, Charles. Eletrônica I e II, 7ª edição. McGraw-Hill, 2013.
Sobre o Autor
